หนึ่งในวัสดุสำคัญสำหรับงานก่อสร้างในยุคปัจจุบันคือปูนซีเมนต์ที่ใช้สำหรับผสมเป็นคอนกรีต ด้วยคุณสมบัติที่แข็งแรง, ทนทาน และความยืดหยุ่นที่รองรับงานออกแบบการขึ้นรูปโครงสร้างหลากหลายรูปทรง ทำให้ปูนซีเมนต์กลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับงานก่อสร้างทั่วทุกมุมโลก ทว่ากระบวนการผลิตให้ได้มาซึ่งปูนซีเมนต์นั้นจำเป็นต้องอาศัยการให้ความร้อนเพื่อเผาปูน และกระบวนการดังกล่าวเป็นที่มาของก๊าซเรือนกระจกสูงถึง 8% ของปริมาณก๊าซเรือนกระจกทั้งหมดที่ถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศของโลก
นักวิจัยจาก MIT ได้คิดค้นหาวิธีกระบวนการผลิตปูนซีเมนต์แบบใหม่ที่จะลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้โดยการใช้พลังงานไฟฟ้ามา สร้างกระบวนการทางเคมีเพื่อผลิตปูนซีเมนต์แทนการให้พลังงานความร้อนเพื่อเผาปูนตามปกติ
กระบวนการผลิตปูนซีเมนต์โดยทั่วไปนั้น จะนำเอาหินปูนที่ได้มาจากเหมืองมาบดให้มีขนาดเล็กลงแล้วนำไปเผาในเตาปูนด้วยความร้อนสูง ก่อนจะเติมแร่ยิปซัมเข้าไป ซึ่งกระบวนการเผาด้วยความร้อนนี้เองที่ต้องอาศัยการใช้เชื้อเพลิงจากแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลโดยในขั้นตอนดังกล่าวจะเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จาก 2 แหล่ง คือส่วนแรกจากกระบวนการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง และอีกส่วนหนึ่งคือมาจากตัวหินปูนเองปล่อยก๊าซออกมาในระหว่างการเผา และเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกนี้เอง จึงหมายความว่าแนวคิดหลักของงานวิจัยนี้ก็คือหาทางเปลี่ยนหินปูนให้เป็นผงปูนซีเมนต์ด้วยวิธีการอื่นที่ไม่ใช่การเผานั่นเอง
วิธีการทางเคมีที่ทีมวิจัยใช้ก็คือการนำหินปูนที่บดละเอียดแล้วไปละลายในสารละลายอิเล็กโตรไลท์ของเซลล์ไฟฟ้าเคมี เมื่อให้พลังงานไฟฟ้าเข้าไป จะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาที่ขั้วเซลล์ไฟฟ้าฝั่งหนึ่ง ในขณะที่ขั้วไฟฟ้าอีกด้านหนึ่งของเซลล์จะเกิดปูนขาวเกาะตัวกันซึ่งพร้อมที่จะนำไปผ่านกระบวนการเปลี่ยให้เป็นปูนซีเมนต์ได้ต่อไป โดยขั้นตอนเหล่านี้สามารถออกแบบให้กักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีได้แทนที่จะปล่อยให้ถูกระบายออกสู่บรรยากาศภายนอก
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้จากกระบวนการนี้จะมีความบริสุทธิ์สูง แตกต่างจากก๊าซที่ออกจากเตาปูนทั่วไปที่จะมีไนโตรเจนออกไซด์, ซัลเฟอร์ออกไซด์ และคาร์บอนมอนอกไซด์ปะปนมาด้วยจำนวนมาก (ซึ่งถือเป็นมลพิษทางอากาศที่โรงงานผลิตปูนซิเมนต์จำเป็นต้องมีระบบดักจับให้ได้เพื่อมิให้หลุดออกสู่ภายนอก) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในทางอื่นได้หลากหลาย เช่น เปลี่ยนเป็นน้ำแข็งแห้ง หรือบรรจุถังเพื่อนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องดี่มน้ำอัดลม
นอกเหนือจากปูนขาวและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แล้ว บางส่วนของน้ำที่เป็นตัวทำละลายจะถูกแยกโมเลกุลออกเป็นก๊าซออกซิเจนและก๊าซไฮโดรเจนด้วย ซึ่งแน่นอนว่าสามารถเลือกกักเก็บเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ต่อยอดได้อีกเช่นกัน
ไอเดียของทีมวิจัยที่นำเสนอการใช้พลังงานไฟฟ้าและกระบวนการเคมีมาแปรรูปหินปูนเพื่อการผลิตปูนซีเมนต์นี้ จะมีการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกมาแค่เพียงในขั้นตอนการผลิตพลังงานไฟฟ้าเพื่อใช้กับเซลล์เคมีเท่านั้น ยิ่งหากเลือกใช้แหล่งพลังงานสะอาด เช่นไฟฟ้าจากพลังงานลมหรือพลังงานแสงอาทิตย์เข้ามาเสริมด้วย ก็จะยิ่งช่วยให้ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้มากขึ้นไปอีก
อย่างไรก็ตามงานวิจัยนี้ยังเป็นเพียงกระบวนการสาธิตที่พิสูจน์หลักการในการผลิตปูนแบบใหม่ แต่โจทย์เรื่องการขยายขนาดเพื่อการใช้งานจริงในอุตสาหกรรมผลิตปูนนั้นยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญ
ที่มา - MIT News, เอกสารงานวิจัย